2017年高考物理電磁感應部分備考分析

2017年高考物理電磁感應局部(júbù)備考分析第一頁，共83頁。2017年高考物理試題著重考查考生(kǎoshēng)的知識、能力和科學素養(yǎng)，注重理論聯(lián)系實際，注意物理與科學技術、社會和經(jīng)濟開展的聯(lián)系，注意物理知識在生產(chǎn)、生活等方面的廣泛應用，以有利于高校選撥新生，有利于激發(fā)考生(kǎoshēng)學習科學的興趣，培養(yǎng)實事求是的態(tài)度，形成正確的價值觀，促進“知識與技能〞“過程與方法〞“情感態(tài)度與價值觀〞三維課程培養(yǎng)目標的實現(xiàn)?？荚?kǎoshì)說明第二頁，共83頁?？茖W(kēxué)素養(yǎng)的內(nèi)涵非常廣泛和深刻,不容易概括.科學(kēxué)素養(yǎng)應具備以下兩方面的含義：〔1〕人們在學習科學(kēxué)知識中所形成的科學(kēxué)概念、科學(kēxué)過程等；〔2〕人在學習科學(kēxué)知識、運用科學(kēxué)知識改造自然過程中所形成的內(nèi)在修養(yǎng).第三頁，共83頁。目前，高考物理科要考查的能力主要包括以下幾個方面：理解能力推理能力分析綜合能力應用數(shù)學解決物理問題的能力實驗(shíyàn)能力 在高考考查的五種能力的最后說明中，將“高考對考生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題等探究能力的考查滲透在以上各種能力的考查中。〞改為“高考對考生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并加以論證解決等探究能力的考查滲透在以上各種能力的考查中。〞第四頁，共83頁。3-2中電磁感應(diàncí-gǎnyìng)的考試內(nèi)容：電磁(diàncí)感應現(xiàn)象、磁通量、自感、渦流的要求都是Ⅰ，其中并沒有提到電磁(diàncí)阻尼和電磁(diàncí)驅動。Ⅰ.的要求就是對所列知識要知道其內(nèi)容及含義，并能在有關問題中識別和直接使用。第五頁，共83頁。法拉第電磁感應定律和楞次定律的要求是Ⅱ.Ⅱ.的要求就是對所列知識要理解其確切含義及與其他知識的聯(lián)系，能夠進行表達和解釋，并能在實際問題(wèntí)的分析、綜合、推理和判斷等過程中運用。與課程標準中的“理解〞和“應用〞相當。第六頁，共83頁。知識點一電磁感應現(xiàn)象(xiànxiàng)1.電磁感應現(xiàn)象(xiànxiàng)當穿過閉合電路的磁通量_________時，電路中有_________產(chǎn)生的現(xiàn)象(xiànxiàng).2.產(chǎn)生感應電流的條件(1)條件：穿過閉合電路的磁通量_________.(2)特例：閉合電路的一局部導體在磁場內(nèi)做___________的運動.發(fā)生變化感應電流(gǎnyìngdiànliú)發(fā)生變化切割(qiēgē)磁感線第七頁，共83頁。3.產(chǎn)生電磁感應(diàncí-gǎnyìng)現(xiàn)象的實質電磁感應(diàncí-gǎnyìng)現(xiàn)象的實質是產(chǎn)生____________，如果回路閉合那么產(chǎn)生__________；如果回路不閉合，那么只產(chǎn)生___________，而不產(chǎn)生__________.4.能量轉化發(fā)生電磁感應(diàncí-gǎnyìng)現(xiàn)象時，機械能或其他形式的能轉化為_____.感應(gǎnyìng)電動勢感應電流(gǎnyìngdiànliú)感應電動勢感應電流電能第八頁，共83頁。(2015新課標I-19).1824年，法國科學家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗〞，實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細線懸掛一枚可以自由旋轉的磁針，如下圖，實驗中發(fā)現(xiàn)，當圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉時，磁針也隨著一起轉動起來(qǐlái)，但略有滯后，以下說法正確的選項是A.圓盤上產(chǎn)生(chǎnshēng)了感應電動勢B.圓盤內(nèi)的感應電流產(chǎn)生(chǎnshēng)的磁場導致磁針轉動C.在圓盤轉動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成了電流，此電流產(chǎn)生(chǎnshēng)的磁場導致磁針轉動【答案】A、B第九頁，共83頁?！?015新課標II-15】15.如圖，直角三角形金屬(jīnshǔ)框abc放置在勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向平行于ab邊向上。當金屬(jīnshǔ)框繞ab邊以角速度ω逆時針轉動時，a、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc.bc邊的長度為l。以下判斷正確的選項是A．Ua>Uc，金屬框中無電流(diànliú)B.Ub>Uc，金屬框中電流(diànliú)方向沿a-b-c-aC.Ubc=-1/2Bl2ω，金屬框中無電流(diànliú)D.Ubc=1/2Bl2w，金屬框中電流(diànliú)方向沿a-c-b-a【答案】C第十頁，共83頁。知識點二楞次定律(lénɡcìdìnɡlǜ)阻礙(zǔài)磁通量導體(dǎotǐ)運動切割磁感線第十一頁，共83頁。要點一楞次定律的理解及應用[突破指南(zhǐnán)]1.判斷感應電流方向的“四步法〞第十二頁，共83頁。審題指導(zhǐdǎo)第十三頁，共83頁?！窘桀}發(fā)揮(jiètífāhuī)】楞次定律中“阻礙〞的主要表現(xiàn)形式第十四頁，共83頁。要點二“三個定那么、一個定律〞的綜合應用技巧[突破指南]1.應用現(xiàn)象及規(guī)律(guīlǜ)比較基本現(xiàn)象應用的定則或定律運動電荷、電流產(chǎn)生的磁場安培定則磁場對運動電荷、電流的作用力左手定則電磁感應部分導體做切割磁感線運動右手定則閉合回路磁通量變化楞次定律第十五頁，共83頁。2016年〔上海卷，19〕.如圖〔a〕，螺線管內(nèi)有平行于軸線(zhóuxiàn)的外加勻強磁場，以圖中箭頭所示方向為其正方向。螺線管與導線框abcd相連，導線框內(nèi)有一小金屬圓環(huán)L，圓環(huán)與導線框在同一平面內(nèi)。當螺線管內(nèi)的磁感應強度B隨時間按圖〔b〕所示規(guī)律變化時〔A〕在t1~t2時間內(nèi)，L有收縮趨勢(qūshì)〔B〕在t2~t3時間內(nèi)，L有擴張趨勢(qūshì)〔C〕在t2~t3時間內(nèi)，L內(nèi)有逆時針方向的感應電流〔D〕在t3~t4時間內(nèi)，L內(nèi)有順時針方向的感應電流【答案】AD第十六頁，共83頁。2016、〔浙江卷，16〕16．如下圖，a、b兩個閉合正方形線圈用同樣(tóngyàng)的導線制成，匝數(shù)均為10匝，邊長la=3lb，圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的均強磁場，且磁感應強度隨時間均勻增大，不考慮線圈之間的相互影響，那么A．兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時針方向的感應電流B．a(chǎn)、b線圈中感應電動勢之比為9:1C．a(chǎn)、b線圈中感應電流之比為3:4D．a(chǎn)、b線圈中電功率之比為3:1【答案】B第十七頁，共83頁。2016〔海南卷，4〕如圖，一圓形金屬環(huán)與兩固定的平行長直導線在同一豎直(shùzhí)平面內(nèi)，環(huán)的圓心與兩導線距離相等，環(huán)的直徑小于兩導線間距。兩導線中通有大小相等、方向向下的恒定電流。假設A．金屬環(huán)向上運動，那么環(huán)上的感應電流方向為順時針方向B．金屬環(huán)向下運動，那么環(huán)上的感應電流方向為順時針方向C．金屬環(huán)向左側直導線靠近，那么環(huán)上的感應電流方向為逆時針D．金屬環(huán)向右側直導線靠近，那么環(huán)上的感應電流方向為逆時針【答案(dáàn)】D第十八頁，共83頁。知識點三、自感渦流1.自感現(xiàn)象由于通過導體(dǎotǐ)自身的_____________而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象.2.自感電動勢(1)定義：在________中產(chǎn)生的感應電動勢.(2)表達式：________.(3)自感系數(shù)L①相關因素：與線圈的大小、形狀、_____以及是否有______等因素有關.②單位：亨利(H)，常用單位還有毫亨(mH)、微亨(μH)、1mH＝______H， 1μH＝_____H.電流(diànliú)發(fā)生變化自感(zìɡǎn)現(xiàn)象圈數(shù)鐵芯10－310－6第十九頁，共83頁?！久麕?mínɡshī)助學】第二十頁，共83頁。3.渦流當線圈中的電流發(fā)生變化時，在它附近的導體中產(chǎn)生的像水的旋渦一樣的_________.電磁阻尼:當導體在磁場中運動時,感應電流(gǎnyìngdiànliú)會使導體受到_______,安培力的方向總是______導體的相對運動.感應電流(gǎnyìngdiànliú)安培力阻礙(zǔài)第二十一頁，共83頁。1.感應電動勢(1)概念：在_____________中產(chǎn)生的電動勢.(2)產(chǎn)生條件：穿過(chuānɡuò)回路的______發(fā)生改變,與電路是否閉合_____.(3)方向判斷：感應電動勢的方向用_________或_________判斷.電磁感應(diàncí-gǎnyìng)現(xiàn)象磁通量無關(wúguān)楞次定律右手定那么知識點三法拉第電磁感應定律第二十二頁，共83頁。2.法拉第電磁感應定律(1)內(nèi)容：閉合電路(diànlù)中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路(diànlù)的_______________成正比.(2)公式：_________，其中n為_________.(3)感應電流與感應電動勢的關系：遵守______________定律，即I＝______.磁通量的變化率線圈(xiànquān)匝數(shù)閉合電路(bìhédiànlù)歐姆第二十三頁，共83頁。第二十四頁，共83頁。要點(yàodiǎn)四導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算1.四種求感應電動勢方法的比較表達式情景圖研究對象意義適用條件E＝回路(不一定閉合)一般求平均電動勢，當Δt→0時求的是瞬時電動勢勻強磁場定量計算，非勻強磁場定性分析第二十五頁，共83頁。第二十六頁，共83頁。第二十七頁，共83頁。2016年〔全國新課標II卷，20〕法拉第圓盤發(fā)動機的示意圖如下圖．銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣(biānyuán)和銅軸接觸．圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中．圓盤旋轉時，關于流過電阻R的電流，以下說法正確的選項是A．假設圓盤轉動的角速度恒定，那么電流大小恒定B．假設從上向下看，圓盤順時針轉動，那么電流沿a到b的方向流動C．假設圓盤轉動方向不變，角速度大小發(fā)生變化，那么電流方向可能發(fā)生變化D．假設圓盤轉動的角速度變?yōu)樵瓉淼膬杀叮敲措娏髟赗上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍【答案(dáàn)】AB第二十八頁，共83頁。⑴金屬桿在磁場(cíchǎng)中運動時產(chǎn)生的電動勢的大??；⑵電阻的阻值．第二十九頁，共83頁。要點五電磁感應中的電路問題(wèntí)[突破指南]1.電磁感應中電路知識的關系圖第三十頁，共83頁。3.分析(fēnxī)電磁感應電路問題的根本思路第三十一頁，共83頁。第三十二頁，共83頁。(2)安培力的方向(fāngxiàng)判斷(3)牛頓第二定律(dìnglǜ)及功能關系第三十三頁，共83頁。第三十四頁，共83頁?！窘桀}發(fā)揮】分析電磁感應中動力學問題的根本思路電磁感應中產(chǎn)生的感應電流使導體棒在磁場中受到安培力的作用，從而影響導體棒的受力情況(qíngkuàng)和運動情況(qíngkuàng).分析如下：第三十五頁，共83頁。要點七電磁感應中的能量問題[突破指南]1.電磁感應過程的實質是不同形式的能量轉化的過程，而能量的轉化是通過安培力做功的形式實現(xiàn)(shíxiàn)的，安培力做功的過程，是電能轉化為其他形式能的過程，外力克服安培力做功，那么是其他形式的能轉化為電能的過程.第三十六頁，共83頁。2.能量轉化(zhuǎnhuà)及焦耳熱的求法(1)能量轉化(zhuǎnhuà)(2)求解焦耳(jiāoěr)熱Q的三種方法①利用焦耳(jiāoěr)定律求Q即Q＝I2Rt②利用功能關系求Q即Q＝W克服安培力③利用能量轉化求Q即Q＝ΔE其他能的減少量.第三十七頁，共83頁?！?015四川-11〕．〔18分〕如下圖，金屬導軌MNC和PQD，MN與PQ平行且間距為L，所在平面與水平面夾角為α，N、Q連線與MN垂直，M、P間接有阻值為R的電阻；光滑直導軌NC和QD在同一水平面內(nèi)，與NQ的夾角都為銳角θ。均勻金屬棒ab和ef質量均為m，長均為L，ab棒初始位置在水平導軌上與NQ重合；ef棒垂直放在傾斜導軌上，與導軌間的動摩擦因數(shù)為μ〔μ較小〕，由導軌上的小立柱1和2阻擋而靜止。空間有方向豎直的勻強磁場〔圖中未畫出〕。兩金屬棒與導軌保持良好接觸。不計所有導軌和ab棒的電阻，ef棒的阻值為R，最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等，忽略感應電流產(chǎn)生(chǎnshēng)的磁場，重力加速度為g。第三十八頁，共83頁?！?〕假設磁感應強度大小為B，給ab棒一個垂直于NQ、水平(shuǐpíng)向右的速度v1，在水平(shuǐpíng)導軌上沿運動方向滑行一段距離后停止，ef棒始終靜止，求此過程ef棒上產(chǎn)生的熱量；〔2〕在〔1〕問過程中，ab棒滑行距離為d，求通過ab棒某橫截面的電量；〔3〕假設ab棒以垂直于NQ的速度v2在水平(shuǐpíng)導軌上向右勻速運動，并在NQ位置時取走小立柱1和2，且運動過程中ef棒始終靜止。求此狀態(tài)下最強磁場的磁感應強度及此磁場下ab棒運動的最大距離。第三十九頁，共83頁。[2016·浙江卷]小明設計的電磁健身器的簡化裝置如圖1-10所示，兩根平行金屬導軌相距l(xiāng)＝0.50m，傾角θ＝53°，導軌上端串接一個R＝0.05Ω的電阻．在導軌間長d＝0.56m的區(qū)域內(nèi)，存在方向垂直導軌平面向下的勻強磁場，磁感應強度B＝2.0T．質量m＝4.0kg的金屬棒CD水平置于導軌上，用絕緣繩索通過定滑輪與拉桿GH相連．CD棒的初始位置與磁場區(qū)域的下邊界相距s＝0.24m．一位健身者用恒力F＝80N拉動GH桿，CD棒由靜止(jìngzhǐ)開始運動，上升過程中CD棒始終保持與導軌垂直．當CD棒到達磁場上邊界時健身者松手，觸發(fā)恢復裝置使CD棒回到初始位置(重力加速度g取10m/s2，sin53°＝，不計其他電阻、摩擦力以及拉桿和繩索的質量)．求：第四十頁，共83頁。(1)CD棒進入磁場時速度v的大?。?2)CD棒進入磁場時所受的安培力FA的大??；(3)在拉升CD棒的過程中，健身(jiànshēn)者所做的功W和電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q.[答案(dáàn)](1)2.4m/s(2)48N(3)64J26.88J第四十一頁，共83頁。(2013·上海高考)如圖,兩根相距l(xiāng)、電阻不計的平行光滑金屬導軌水平放置,一端與阻值的電阻相連。導軌間x>0一側存在沿x方向均勻增大的穩(wěn)恒磁場,其方向與導軌平面垂直,變化率k=0.5T/m,x=0處磁場的磁感應強度B0。一根(yīɡēn)質量、電阻的金屬棒置于導軌上,并與導軌垂直。棒在外力作用下從x=0處以初速度v0=2m/s沿導軌向右運動,運動過程中電阻上消耗的功率不變。求:第四十二頁，共83頁。(1)回路中的電流(diànliú);(2)金屬棒在x=2m處的速度;(3)金屬棒從x=0運動到x=2m過程中安培力做功的大小;(4)金屬棒從x=0運動到x=2m過程中外力的平均功率。第四十三頁，共83頁。一、電磁感應中圖象問題三類題型的分析1.圖象類型電磁感應中主要涉及(shèjí)的圖象有B-t圖象、Φ-t圖象、E-t圖象和I-t圖象.還常涉及(shèjí)感應電動勢E和感應電流I隨線圈位移x變化的圖象，即E-x圖象和I-x圖象.2.常見題型圖象的選擇、圖象的描繪、圖象的轉換、圖象的應用.第四十四頁，共83頁。3.所用規(guī)律一般(yībān)包括：左手定那么、安培定那么、楞次定律、法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等.4.分析步驟(1)明確圖象的種類；(2)分析電磁感應的具體過程；(3)結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)方程；(4)根據(jù)函數(shù)方程進行數(shù)學分析，例如分析斜率的變化、截距等；(5)畫圖象或判斷圖象.第四十五頁，共83頁。題型一圖象(túxiànɡ)的選擇問題類型由給定的電磁感應過程選出正確的圖象解題關鍵根據(jù)題意分析相關物理量的函數(shù)關系、分析物理過程中的轉折點、明確“＋、－”號的含義，結合數(shù)學知識做正確的判斷第四十六頁，共83頁?！镜淅?】如圖，在水平面(紙面)內(nèi)有三根相同(xiānɡtónɡ)的均勻金屬棒ab、ac和MN，其 中ab、ac在a點接觸，構成“V〞字型導軌.空間存在垂直于紙面的均勻磁場.用力使MN向右勻速運動，從圖示位置開始計時，運動中MN始終與∠bac的平分線垂直且和導軌保持良好接觸.以下關于回路中電流i與時間t的關系圖線，可能正確的選項是()第四十七頁，共83頁。答案(dáàn)A第四十八頁，共83頁。題型二圖象(túxiànɡ)的轉換問題類型由一種電磁感應的圖象分析求解出對應的另一種電磁感應圖象的問題解題關鍵(1)要明確已知圖象表示的物理規(guī)律和物理過程；(2)根據(jù)所求的圖象和已知圖象的聯(lián)系，對另一圖象做出正確的判斷進行圖象間的轉換第四十九頁，共83頁?！镜淅?】將一段導線繞成圖甲所示的閉合回路，并固定在水平面(紙面)內(nèi).回路的ab邊置于垂直紙面向(miànxiànɡ)里的勻強磁場Ⅰ中.回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場Ⅱ，以向里為磁場Ⅱ的正方向，其磁感應強度B隨時間t變化的圖象如圖乙所示.用F表示ab邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反響F隨時間t變化的圖象是()第五十頁，共83頁。解析結合題給的B－t圖象(túxiànɡ).利用楞次定律可以判斷：在0～T/2時間內(nèi)，ab中的電流由b到a，且大小恒定；在T/2～T時間內(nèi).ab中的電流由a到b，大小也恒定.再利用左手定那么可以判斷，ab邊先受到向左、恒定的安培力.后受到向右、恒定的安培力.綜上可知，B正確.答案B第五十一頁，共83頁。題型三圖象(túxiànɡ)的應用問題類型由電磁感應圖象得出的物理量和規(guī)律分析求解動力學、電路等問題解題關鍵從圖象上讀取有關信息是求解本題的關鍵，圖象是數(shù)理綜合的一個重要的窗口，在運用圖象解決物理問題時，第一個關鍵是破譯，即解讀圖象中的關鍵信息(尤其是過程信息)，另一個關鍵是轉換，即有效地實現(xiàn)物理信息和數(shù)學信息的相互轉換.第五十二頁，共83頁。【典例3】水平面上兩根足夠長的金屬導軌平行固定放置，間距為L，一端通過導線與阻值為R的電阻連接；導軌上放一質量為m的金屬桿(見圖甲)，金屬桿與導軌的電阻忽略不計；磁場豎直向下.用與導軌平行的恒定(héngdìng)拉力F作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運動.當改變拉力的大小時，相對應的勻速運動速度v也會變化，v與F的關系如圖乙.(取重力加速度g＝10m/s2)第五十三頁，共83頁。(1)金屬桿在勻速運動之前做什么(shénme)運動？(2)假設m＝0.5kg，L＝0.5m，R＝0.5Ω，磁感應強度B為多大？(3)由v-F圖線的截距可求得什么(shénme)物理量？其值為多少？第五十四頁，共83頁。第五十五頁，共83頁。(3)由直線的截距可以求得金屬桿受到的摩擦阻力Ff＝2N假設金屬桿受到的阻力僅為動摩擦力，由截距可求得動摩擦因數(shù)(yīnshù)μ＝0.4.答案(1)變加速運動(2)1T(3)見解析第五十六頁，共83頁。二、電磁感應(diàncí-gǎnyìng)中兩類含容電路的分析1.電磁感應(diàncí-gǎnyìng)回路中只有電容器元件這類問題的特點是電容器兩端電壓等于感應電動勢，充電電流等于感應電流.第五十七頁，共83頁?！镜淅?】如下圖，兩條平行導軌所在平面與水平地面的夾角為θ，間距為L.導軌上端接有一平行板電容器，電容為C.導軌處于(chǔyú)勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向垂直于導軌平面.在導軌上放置一質量為m的金屬棒，棒可沿導軌下滑，且在下滑過程中保持與導軌垂直并良好接觸.金屬棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度大小為g,忽略所有電阻.讓金屬棒從導軌上端由靜止開始下滑，求：(1)電容器極板上積累的電荷(diànhè)量與金屬棒速度大小的關系；(2)金屬棒的速度大小隨時間變化的關系.第五十八頁，共83頁。第五十九頁，共83頁。第六十頁，共83頁。第六十一頁，共83頁。第六十二頁，共83頁。2.電磁感應回路中，電容器與電阻并聯(lián)問題這一類問題的特點是電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓，充電過程中的電流只是(zhǐshì)感應電流的一支流.穩(wěn)定后，充電電流為零.第六十三頁，共83頁?！镜淅?】如下圖，質量為M的導體棒ab，垂直放在相距為l的平行光滑金屬導軌上.導軌平面與水平面的夾角為θ，并處于磁感應強度大小為B、方向垂直于導軌平面向上的勻強磁場中.左側是水平放置、間距為d的平行金屬板.R和Rx分別(fēnbié)表示定值電阻和滑動變阻器的阻值，不計其他電阻.(1)調節(jié)Rx＝R，釋放導體棒，當導體棒沿導軌勻速下滑時，求通過導體棒的 電流I及導體棒的速率v；(2)改變Rx，待導體棒沿導軌再次勻速下滑后，將質量為m、帶電荷量為＋q的微粒水平射入金屬板間，假設(jiǎshè)它能勻速通過，求此時的Rx.第六十四頁，共83頁。解析(jiěxī)(1)對勻速下滑的導體棒進行受力分析如下圖.第六十五頁，共83頁。(3)由題意知，其等效電路圖如下圖.由圖知，平行金屬板兩板間的電壓等于Rx兩端的電壓.設兩金屬板間的電壓為U，因為導體棒勻速下滑時的電流(diànliú)仍為I，所以由歐姆定律知U＝IRx⑥第六十六頁，共83頁。第